بیگ بنگ: یک مطالعۀ جدید نشان می‌دهد که اولین عناصر سازنده‌ی حیات در زمین ممکن است به لطف فوران‌های خورشیدی شکل گرفته باشند.

به گزارش بیگ بنگ، مجموعه‌ای از آزمایش‌های شیمیایی نشان می‌دهد که چگونه ذرات خورشیدی که با گازهای جو اولیه زمین برخورد می‌کنند، می‌توانند آمینو اسیدها و اسیدهای کربوکسیلیک، عناصر سازنده‌ی اساسی پروتئین‌ها و حیات آلی را تشکیل دهند.

برای درک منشأ حیات، بسیاری از دانشمندان سعی می‌کنند توضیح دهند که آمینو اسیدها (مواد خام برای پروتئین‌ها و تمام حیات سلولی) چگونه تشکیل شده‌اند. شناخته‌شده‌ترین پیشنهاد در اواخر دهه 1800 مطرح شد، زیرا دانشمندان حدس می‌زدند که حیات ممکن است در یک «برکه کوچک گرم» آغاز شده باشد: سوپی از مواد شیمیایی که توسط آذرخش، گرما و سایر منابع انرژی قوت می‌گیرد؛ این منابع در مقادیر غلیظ با هم مخلوط شده و مولکول‌های آلی را تشکیل می‌دهند.

در سال 1953، “استنلی میلر” از دانشگاه شیکاگو تلاش کرد تا این شرایط اولیه را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کند. “میلر” یک محفظه بسته را با متان، آمونیاک، آب و هیدروژن مولکولی پر کرد – گازهایی که گمان می‌رود در جو اولیه زمین شایع باشند – و به طور مکرر جرقه‌ای الکتریکی برای شبیه‌سازی آذرخش ایجاد کرد. یک هفته بعد، میلر و مشاورش “هارولد یوری” محتویات اتاق را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که 20 آمینو اسید مختلف تشکیل شده است.

“ولادیمیر آیراپتیان” اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت، مریلند و یکی از نویسندگان مقاله جدید، گفت: «این یک کشف بزرگ بود. در واقع از اجزای اصلی جو زمین اولیه، می‌توانید این مولکول‌های آلی پیچیده را سنتز کنید.»

اما طی 70 سال گذشته، این تفسیر پیچیده شده است. دانشمندان اکنون بر این باورند که آمونیاک (NH3) و متان (CH4) به مراتب کمتر بودند. در عوض، هوای زمین با دی اکسید کربن (CO2) و نیتروژن مولکولی (N2) پر شده بود که برای تجزیه به انرژی بیشتری نیاز داشته است. این گازها هنوز هم می‌توانند “آمینو اسیدها” را ایجاد کنند، اما در مقادیر بسیار کم.

برخی از دانشمندان در جستجوی منابع انرژی جایگزین، به امواج شوک ناشی از شهاب‌سنگ‌های ورودی اشاره کردند. برخی دیگر تابش فرابنفش خورشید را ذکر کردند. “آیراپتیان” با استفاده از داده‌های مأموریت کپلر ناسا، به ایده جدیدی اشاره کرد: «ذرات پرانرژی خورشید ما.»

تلسکوپ کپلر ستارگان دوردست را در مراحل مختلف چرخۀ زندگی‌شان رصد کرد، اما داده‌های آن نکاتی را در مورد گذشته‌ی خورشید ما ارائه می‌دهد. در سال 2016، “آیراپتیان” مطالعه‌ای را منتشر کرد که نشان می‌داد در طول 100 میلیون سال اول زمین، خورشید حدود 30 درصد کم‌نورتر بوده است. اما اَبَرشعله‌های خورشیدی هر 3 تا 10 روز یک بار فوران می‌کردند. امروزه این فوران‌های قدرتمند، هر 100 سال یک بار رخ می‌دهد. این ابرشعله‌ها ذراتی با سرعت نزدیک به نور پرتاب می‌کنند که مرتباً با جو زمین برخورد می‌کنند و واکنش‌های شیمیایی را آغاز می‌نمایند.

“آیراپتیان” گفت: «به محض انتشار آن مقاله، تیمی از دانشگاه ملی یوکوهاما از ژاپن با من تماس گرفتند.» دکتر “کوبایاشی” استاد شیمی آنجا، 30 سال گذشته را صرف مطالعه‌ی شیمی پری‌بیوتیک کرده بود. او در تلاش بود تا بفهمد که چگونه پرتوهای کیهانی کهکشانی – ذرات ورودی از خارج از منظومه شمسی ما – می‌توانند بر جو زمین اولیه تأثیر بگذارند. “کوبایاشی” گفت: «بیشتر محققان پرتوهای کیهانی را نادیده می‌گیرند، زیرا به تجهیزات تخصصی مانند شتاب‌دهنده‌های ذرات نیاز دارند. من به اندازۀ کافی خوش‌شانس بودم که به چندین مورد از آنها در نزدیکی تجهیزاتم دسترسی داشتم.» تغییرات جزئی در تنظیمات آزمایشی “کوبایاشی” می‌تواند ایده‌های “آیراپتیان” را مورد آزمایش قرار دهد.

“آیراپتیان”، “کوبایاشی” و همکارانشان مخلوطی از گازهایی را ایجاد کردند که با جو اولیه زمین مطابقت دارد. آنها دی اکسید کربن، نیتروژن مولکولی، آب و مقدار متغیر متان را ترکیب کردند. (نسبت متان در اتمسفر اولیه زمین نامشخص است، اما گمان می‌رود که کم باشد.) آنها مخلوط‌های گاز را با پروتون شلیک کردند (شبیه‌سازی ذرات خورشیدی) یا آنها را با تخلیه جرقه (شبیه‌سازی آذرخش) مشتعل کردند و آزمایش میلر-یوری را برای مقایسه تکرار کردند.

تا زمانی که نسبت متان بیش از 0.5٪ بود، مخلوط‌های شلیک شده توسط پروتون‌ها (ذرات خورشیدی) مقادیر قابل تشخیصی از آمینو اسیدها و اسیدهای کربوکسیلیک را تولید کردند. اما تخلیه جرقه (آذرخش) قبل از تشکیل هرگونه آمینو اسید به حدود 15٪ غلظت متان نیاز داشت.

“آیراپتیان” افزود: «و حتی در 15% متان، نرخ تولید اسیدهای آمینه توسط آذرخش یک میلیون برابر کمتر از پروتون است. همچنین پروتون‌ها تمایل به تولید اسیدهای کربوکسیلیک (پیش‌ساز آمینو اسید) بیشتری نسبت به آنهایی داشتند که توسط تخلیه جرقه مشتعل می‌شوند.

“آیراپتیان” گفت: «در صورت مساوی بودن، ذرات خورشیدی منبع انرژی کارآمدتری نسبت به آذرخش هستند، اما تمام چیزهای دیگر احتمالاً برابر نبودند.» میلر و یوری فرض کردند که آذرخش در زمان «برکه کوچک گرم» به اندازه امروز رایج بود. اما آذرخش که از ابرهای رعد و برقی که در اثر بالا آمدن هوای گرم تشکیل شده، در زیر یک خورشید 30% کم‌نورتر نادرتر بود.

“آیراپتیان” افزود: «در شرایط سرد هرگز آذرخش نخواهید داشت و زمین اولیه زیر یک خورشید بسیار ضعیف قرار داشت. این بدان معنا نیست که نمی‌توانست از آذرخش به وجود آمده باشد، اما اکنون احتمال آذرخش کمتر است و ذرات خورشیدی محتمل‌تر به نظر می‌رسند.» این آزمایش‌ها نشان می‌دهد که خورشید جوان و فعال ما، می‌توانست پیش‌سازهای حیات را آسان‌تر و شاید زودتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد “کاتالیز” کند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Life منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: NASA